新材料与工艺手册

[评价技术] 汽车轻量化技术的研究现状

0
回复
263
查看
[复制链接]

微信扫一扫 分享朋友圈

发表于 2020-12-11 10:48:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

注册后就可以查看哦!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
汽车轻量化技术的研究现状
来源:期刊-《汽车工程师》;作者:魏振洋
(中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司)
摘要:轻量化技术已经成为各个汽车企业提升市场竞争力的关键,各大厂家纷纷投身汽车轻量化技术的研究。根据近些年来汽车轻量化技术的发展,主要介绍了汽车轻量化材料、先进的加工工艺、结构优化的设计使用现状。发现采用轻量化技术应用新能源汽车性能提升可以解放制造力,减少人力资源的参与,并提高工作质量和效率,通过轻量化技术应用新能源汽车性能提升的创新应用,节约成本,在汽车工业中具有广阔的创新应用前景。
关键词:汽车轻量化;轻量化材料;液压成型技术;结构优化






轻量化技术应用新能源汽车性能提升是一种新型的科技,是将机械与计算机技术、电子技术以及信息技术等相结合的技术形式。轻量化技术应用新能源汽车性能提升是一种性能优化、智能化的系统,便于对机械设备进行操控,在汽车厂工业上创新应用机械设备是非常重要的,可以推动汽车厂工业的发展,并且让汽车厂工业实现性能优化以及智能化的发展,符合未来发展趋势。

1 汽车轻量化设计的重要意义
目前,我国汽车制造行业通过充分利用新能源,缓解因汽车数量增加导致的生态气候污染严重问题,从根本上保障了地区的可持续发展。现阶段,国内汽车制造尚未积累丰富经验,在汽车性能、续航能力以及能耗等方面依然存在较大的提升空间。而汽车轻量化技术的应用,可以提高汽车的舒适性、转向响应、操控稳定性及安全性,同时可以节省材料,降低制造成本。

图1 铝合金发动机

2 汽车轻量化材料的应用
2.1 铝合金材料铝合金具有低密度的特点,强度甚至可以媲美优质钢。按不同的加工性能,可分为铸造铝合金和变形铝合金2 种,第1 种熔点低、流动性能良好,通过重力铸造与压力铸造等方式实现复杂形状零件的成型,主要应用于汽车的发动机(如图1 所示)、传动以及行走系统;而第2 种强度高、塑性好,主要有2XXX 系、5XXX系和6XXX 系,应用于汽车结构件、装饰件和散热系统。
2.2 高强度钢材料高强度钢吸能性好,强度高,在降低车身质量的同时,能够提高碰撞安全性。目前广泛应用在汽车制造相关领域,其中汽车的结构件、安全件和加强件是应用的主要部分,例如:A/B/C 柱、车的前后保险杠和常见的防撞梁等零部件。钢种的延伸率通常随强度增高而下降,由此可知AHSS(Advanced High Strength Steel,先进高强度钢)的延伸率较低,在其加工成型阶段以及发生碰撞时易出现早期断裂,限制了它在汽车工业领域的广泛应用。

2.3 镁及镁合金材料镁合金较铝合金来说,是更轻量化的材质,具有良好的抗振、降噪、抗电磁干扰和耐蚀性,且易回收,被誉为“绿色金属结构材料”。镁合金由于其优良的性能多用于汽车传动系统、车体系统、引擎系统和底盘系统等部位,如图2 所示,不仅可以达到轻量化的目的,而且能实现降噪、吸振,并提高成型性、车身刚度及安全性。全球很多车企对镁合金的研发和应用技术已日渐增多。

图2 铝镁合金独立后悬挂
3 先进制造工艺及其应用
3.1 液压成型与一般冲压成型不同,液压成型是利用液态水或油的压力,代替刚性的凹模或凸模,通过传力介质使板料贴合凸模或凹模,从而得到所需零件的形状。液压成型能实现车身轻量化,主要是因为液压成型的零件在质量控制方面比传统冲压成型的较高,进而提高了零件的成型极限,同时该种成型方式减少了部分模具的开发费用。目前液压成型在汽车车身上的应用主要集中在型面较复杂且对精度有较高要求的零件上,如汽车翼子板等。
除了一般的液压成型方法外,国内外研究人员还对带周向液压的充液拉深法、外周带液压的充液反拉深法、超声波振动充液拉深法、差温充液拉深技术、成对液压成型新工艺、充液变薄拉深新工艺以及微温充液拉深等有深入的研究。
3.2 激光焊接激光焊接技术凭借着能量密度高、焊接速度快、效率高、精度可靠性高、焊接变形小以及容易达到较广泛的自动化程度等优势,成为汽车零部件、变速箱齿轮、滤清器、排气管和车身等制造生产过程的重要焊接方法之一,例如:激光拼焊、车身框架焊接以及三维塑料激光焊接,如图3 所示。


图3 车身激光焊接
3.3 热冲压成型热冲压成型技术是利用金属塑性成型的原理,将板料加热至一定温度(奥氏体状态),然后进行冲压处理,在冲压成型过程中实现板料淬火处理的成型方式,最后获得具有超高强度的零件。热冲压成型技术具有零件尺寸精度高、零件成型性能好、车身结构设计简单和零件表面硬度及耐磨性高的优点。

4 车身结构优化设计
4.1 拓扑优化目前在汽车轻量化设计中,拓扑优化方法是最有潜力,也是近年来研究进展较大、使用较广的结构优化方法,在产品的结构概念设计中应用居多。拓扑优化结构分为2 种,分别为连续型结构和离散型结构,先根据待优化结构件与其旁边构件的方位关系来划分设计区域,进而保证不对其他零件产生干涉以免妨碍其正常工作;再在划分好的设计区域中根据材料的力学性能参数建立符合约束条件的目标函数;最后求得材料的最优分布状况和传力最佳途径使得结构的某些性能指标达到最佳。因此它相对于其他结构优化有一定的优势,可以大大提高设计的效率、减少开发和验证时间、提高成产效率、降低成本。
4.2 尺寸和形状优化汽车轻量化技术从结构优化设计方面而言,其中尺寸优化和形状优化应用相对较早。尺寸优化指在保证结构件的整体性能的同时,对该结构件的截面面积和厚度等进行优化,即在设计区域,在设计变量保持原状的状态下,建立起以质量或体积等为目标函数的数学模型,达到推进轻量化的目的。随着计算机科学的迅速发展,通过把尺寸优化的数学模型和计算机有限元软件的应用相结合进而得出最优结果集,使得尺寸优化方法的实现变得更加迅速、便捷以及精确和可靠。
5 结论
轻量化技术应用新能源汽车性能提升对汽车厂工业具有优势,推动了汽车厂工业的发展,并且通过轻量化技术应用新能源汽车性能提升可以提高汽车厂工业的运作效率和质量,减少人力资源的投入,节约成本,有利于汽车工业的长远发展。轻量化技术应用新能源汽车性能提升装置在设备上可以改善运行模式。但是对轻量化技术应用新能源汽车性能提升在汽车厂工业中的创新应用仍然需要加大研发力度,不断改善存在的问题,改变工业制造的模式和结构,实现由劳动密集型向智力密集型方向的转化,提高科技水平。



您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

关注汽车轻量化最新动态

官方微信

汽车材料网

全国服务热线:

0551-63857995

地址:安徽省合肥市庐阳区四里河鼎鑫中心

邮编:230001 Email:service@qichecailiao.com

Powered by 汽车轻量化在线  皖ICP备10204426号-2

小黑屋-手机版- 汽车轻量化在线